地鐵智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計

前言1.1背景與意義由于工業(yè)的快速進(jìn)步，社會的經(jīng)濟(jì)實力日益增強，人們的生活質(zhì)量和生活習(xí)慣也在持續(xù)改善。過去十幾年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速增長，中國緊緊把握這一歷史性的機會，并取得了巨大的進(jìn)步。中國已進(jìn)入一個全新的發(fā)展階段，其經(jīng)濟(jì)實力、技術(shù)創(chuàng)新以及可持續(xù)發(fā)展等方面都有顯著進(jìn)步，但同時也伴隨著極其昂貴的財政投入、土地開發(fā)、生態(tài)破壞等問題。目前中國的能源消耗主要集中在不可再生資源，根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，2015年，中國能源消耗總量為430000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭、石油、天然氣消耗占比就達(dá)88%0這些不可再生資源的使用不僅會造成今后面臨資源短缺的困境，同時也帶來大量的污染源，使得環(huán)境污染問題日益突出嚴(yán)重。為了改善我們的生活質(zhì)量，保護(hù)我們的家園，我們必須采取措施來減少對自然的破壞。中國已經(jīng)開始大規(guī)模地采取措施來改善我們的生活質(zhì)量，并且一直致力于通過各種方式來實現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)。2011年以來，中國已經(jīng)對處理工業(yè)廢棄物的方面的投資超過七百億元，占當(dāng)年的總預(yù)算的0.46%。從2011年到2015年，中國在環(huán)境保護(hù)方面的投入顯著增加，如圖1-1所示。圖1.1國工業(yè)污染治理總投資為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，如資源緊張、能源匱乏，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提出了要努力打造一個具有可持續(xù)發(fā)展特征的、以節(jié)約為基礎(chǔ)的、以環(huán)保為重點的社會，并加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以達(dá)到低碳發(fā)展的目標(biāo)。因此，堅持落實科學(xué)發(fā)展觀，積極推進(jìn)節(jié)能減排，已成為當(dāng)務(wù)之急。近年來，由于城市軌道交通的發(fā)展，特別是城市地鐵的發(fā)展，使得能源的有效使用和污染物的降低變得更加明顯，給人類的生活提供了巨大的便捷。但同時，由于城市地鐵的發(fā)展，相應(yīng)的能耗問題也受到了日益增長的關(guān)注。隨著科技的發(fā)展，地鐵系統(tǒng)的安全性和舒適性得到巨大的提升，因此，照明和空調(diào)等基礎(chǔ)設(shè)備的安裝和維護(hù)變得尤為關(guān)鍵。此外，隨著科技的進(jìn)步，地鐵系統(tǒng)的安全性和舒適性也得到巨大的改善，使得乘客能夠更加安心、舒適的乘坐。由于車廂內(nèi)的空氣和光線的消耗量往往會比乘坐者的實際需求更高，因此，這種持續(xù)的能量消耗是一種常見的現(xiàn)象。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，地鐵車輛的照明已被認(rèn)定是三大能源消費（動力、空調(diào)和照明）中的一個，引起了全社會的普遍關(guān)注。因此，研究和開發(fā)出具有較低能源消耗、可持續(xù)性、安全性和可靠性的新型節(jié)能燈具，已被視為當(dāng)今社會的必由之路。近年來，各界都致力于推動這條具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)革命，使其達(dá)到更高的水平。20世紀(jì)50年代，美國通用電子公司的伊曼在第二次世界大戰(zhàn)之前，首次開創(chuàng)性地研制出了熒光燈，它的亮度比傳統(tǒng)的白熾燈要強，而且節(jié)能性也極強，因此，它在當(dāng)時的照明領(lǐng)域得到了大量的使用。1974年，荷蘭飛利浦公司取得了一項突破，他們開創(chuàng)性地開發(fā)出三種顏色的熒光燈，這標(biāo)志著熒光燈的歷史進(jìn)入一個新的階段，而這一技術(shù)的進(jìn)步，使得鹵粉的價格大大降低，同時也提升了它的發(fā)光效率和熱穩(wěn)定性。三種不同的顏色的熒光粉被混合成三種不同的亮度，這種預(yù)先加溫的陰極氣體放射燈被稱為三基色熒光燈。通過三基色稀土熒光粉的混色，熒光燈可以實現(xiàn)在暖色光、暖白色光、冷色光三種范圍內(nèi)發(fā)光，基本滿足各種照明場景的需要。由于稀土元素的獨特結(jié)構(gòu)，其能量水平極其多樣，其能量躍遷和發(fā)光性能也十分出色，因此，三基色熒光燈的顯示指數(shù)可以達(dá)到85%，而且可以使被照射的物體呈現(xiàn)出完美的色彩。而且三基色熒光燈壽命長達(dá)10000小時，比熱光源燈具節(jié)能70%，光線柔和、無頻閃，可使被照人員舒適、放松。因此三基色熒光燈就被廣泛的應(yīng)用到了包括地鐵照明等在內(nèi)的各種照明場景中。2008年，香港地鐵（MTR）與四川九洲光電公司聯(lián)合推出了LED技術(shù)，這標(biāo)志著地鐵車廂照明的一次重大突破，為深圳、重慶、北京、天津、廣州、成都、西安、杭州、昆明、蘇州等地的地鐵建設(shè)提供了LED照明解決方案，開啟了一個嶄新的時代。LED作為第四代照明技術(shù)的代表，擁有巨大的潛力，可望實現(xiàn)本世紀(jì)的可持續(xù)性。與傳統(tǒng)的led技術(shù)，如熒光燈，led技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)實惠，更易于操作，更耐用，更耐用。隨著當(dāng)前全球能源緊張局面的日益嚴(yán)峻，LED技術(shù)已經(jīng)成為一種可持續(xù)的、高效的照明方式，得到全球社會的廣泛關(guān)注。LED照明使用低壓電源，單顆燈珠電壓在1.9-4V之間，比使用高壓電源更安全。相比于傳統(tǒng)光源，LED照明的光效更高。LED光源的理論光效可達(dá)3701m/w，實驗室最高光效己達(dá)2541m/w，而應(yīng)用到地鐵車輛照明的LED光效達(dá)1101m/w，是目前為止地鐵車輛照明中光效最高的照明產(chǎn)品。同時LED是固態(tài)光源，耐沖擊振動，其光通量在在壽命期內(nèi)具有極高的穩(wěn)定性，在工作50000h,LED的光衰為初始的百分之七十。LED燈具的啟動時間為納米級，啟動響應(yīng)快，且無頻閃。LED發(fā)光純，無雜光，發(fā)光波段可覆蓋整個可見光部分。且LED不含汞等污染元素，不產(chǎn)生對人體有害的紫外線和紅外線。LED光源作為一種高效節(jié)能，綠色環(huán)保，健康耐用的照明產(chǎn)品，運用在地鐵車輛照明中，使其與其它傳統(tǒng)照明燈具具有明顯的優(yōu)勢。今天，在技術(shù)的飛躍之下，人類的日常生活受益匪淺，從最初的電子設(shè)備，到現(xiàn)在的智能手表，再到最近的無人駕駛汽車，以及最近的移動支付技術(shù)，都在不斷地改變著人類的未來。由于科技的發(fā)展，照明控制技術(shù)取得了巨大的進(jìn)展，使得整個照明系統(tǒng)正式邁向一個更加先進(jìn)的智慧時代。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著技術(shù)的進(jìn)步，照明系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，使得它們的功能變得更加復(fù)雜和豐富。因此，照明控制技術(shù)也必須不斷發(fā)展和演進(jìn)，才能滿足日益增長的實際應(yīng)用需求。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新一代總線技術(shù)以及自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，照明技術(shù)正在迅速邁入一個全新的智能時代。通過利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、無線通訊技術(shù)、擴頻電力載波技術(shù)、智能信息處理系統(tǒng)以及節(jié)能電器控制技術(shù)，智能照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)對照明設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和調(diào)節(jié)，從而提高照明系統(tǒng)的效率和安全性。隨著技術(shù)進(jìn)步，智能照明已經(jīng)成為一種更加先進(jìn)、更加環(huán)保、更加便捷、更加實用、更加經(jīng)濟(jì)實惠的解決方案，它不僅僅是一種普通的燈具，而是一種更加先進(jìn)、更加環(huán)保、更加實用的燈具。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，智能照明已被廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)，包括教學(xué)、醫(yī)學(xué)、交通、城市基礎(chǔ)設(shè)施、景觀規(guī)劃、住宅和商業(yè)空間。圖1.2智能照明的應(yīng)用近年來，隨著科技的發(fā)展，智能照明技術(shù)的廣泛使用，尤其是在教育領(lǐng)域。它的出現(xiàn)，大大改善了傳統(tǒng)的燈具的使用，使其成為一種更加有效的燈具，可以有效地改善教室內(nèi)的空氣質(zhì)量，使學(xué)生們可以獲取更加舒適的視覺體驗，同時也有助于保證課堂的順利進(jìn)行。近年來，科學(xué)家們通過深入探索，揭示了光線對人類健康的重要作用。他們指出，長期處于一個燈光較暗的環(huán)境下，除了對眼睛的健康造成負(fù)面影響外，燈光的顏色也可以改變個人的心態(tài)和身心狀態(tài)。研究表明，適當(dāng)?shù)睦渖{(diào)可以提高人的思維敏捷性，使其變得更加清晰，但是，若是長時間沉浸在這種環(huán)境之下，就會導(dǎo)致身心疲勞，精神恍惚。相比之下，柔軟的暖色調(diào)能夠讓他們的精神狀態(tài)達(dá)到平衡，讓他們的身體感受到安寧與安全在當(dāng)今社會，一種新的思想正在被探索，即利用智能技術(shù)來改善教室的空氣質(zhì)量，并且它不僅僅是一種按照室內(nèi)的光線和課程要求來控制的燈具，它還具有自動變換亮暗的功能，從而有助于改善學(xué)生的學(xué)習(xí)條件，增強他們的學(xué)習(xí)興趣，減輕他們的負(fù)擔(dān)。近年來，由于傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位等前沿科學(xué)的進(jìn)步，汽車的自適應(yīng)智能照明已經(jīng)成為一個熱門話題。它既可以提供夜間行車的安全保護(hù)，又可以有效地避免由于駕車者的操作失誤而導(dǎo)致的視野盲點，從而提高駕乘者的駕馭體驗。為了改善夜間行車的安全性，科學(xué)家們開發(fā)出一種新型的智能汽車照明，它可以根據(jù)實時的道路狀態(tài)，采用多種傳感器科技和衛(wèi)星定位科技，并通過模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)對道路狀態(tài)的實時監(jiān)測，進(jìn)而根據(jù)實時的道路狀態(tài)，對照明燈的光線和亮度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，使得司機可以獲得更加清晰的視線，減少可怕的交通事件的發(fā)生。采用先進(jìn)的高新技術(shù)，例如速度傳感器、轉(zhuǎn)向盤位置傳感器和衛(wèi)星位置，可以有效地檢測到汽車正在經(jīng)歷的彎路，并且可以根據(jù)實際情況，精確地控制前照燈的亮度，以最小的光線覆蓋到最窄的路段，有效地減少了駕駛者的視野盲點，保證了行車的安全性。2地鐵車內(nèi)布局2.1車廂照明平面布置地鐵站的車廂里的路面上的路面燈一般采用雙排排列的方式，即一排排的，一排排的，一排排的。雙排排的路面燈能夠給乘客們提供更加舒適的環(huán)境，而雙排排的路面燈能夠更好的適應(yīng)乘客的需要，而雙排排的路面燈能夠更好的適應(yīng)乘客的需要，而雙排排的路面燈能夠更好的適應(yīng)乘客的需要，而雙排排的路面燈能夠更好的適應(yīng)乘客的需要，而雙排排的路面燈能夠更好的適應(yīng)乘客的需要，而雙排排的路面燈能夠更好的適應(yīng)乘客的需要，通過采用散落布局，我們能夠大大改善汽車的照明系統(tǒng)。它既能夠適應(yīng)汽車的光照需要，又能夠節(jié)約空氣，使汽車的外觀更為美觀。此外，它還能夠有效地減少汽車的重量，并且能夠更好地保證汽車的安全。然而，由于汽車的外形比較復(fù)雜，所有的汽車燈都必須專門安排，使得汽車的安全系統(tǒng)變得更為困難。圖2.1地鐵車輛車內(nèi)照明布置舉例為了更好地實現(xiàn)安全、可靠的汽車內(nèi)部空氣凈化，我們將汽車的照明設(shè)備按順序安排，并且將其分散放置于汽車的左右兩邊，以保證汽車的安全性。詳情請參考附件B。為了提高使用效率，我們在改進(jìn)汽車照明系統(tǒng)時，特意增加3000mm和1460mm兩種不同的照明尺寸。3000mm照明系統(tǒng)使用“一燈兩罩”的安裝模式，一半由兩個獨立的電池組提供照明。這句話描述了兩種常見的汽車配件，它們的尺寸各異。其中，3000mm的燈是相同的，并且能夠相互替代。然而，兩個1460mm的燈是完全獨立的，因此必須通過改變它們的連接方式來進(jìn)行更新。此外，兩個光感探測器被安裝在汽車的兩個側(cè)面，它們的位置相差800mm到430mm。在這個地方，由于沒有任何障礙物，所以可以很容易地監(jiān)控到整個車廂的亮度。此外，這樣做還可以防止在行駛中，由于車廂之間的亮度差異導(dǎo)致的光學(xué)傳感器的誤差。通過多次嘗試，我們發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計方式非常適合監(jiān)控整個車廂的亮度。為了確保智能照明系統(tǒng)的正確運行，我們將它的集成電源和調(diào)節(jié)光的控制裝置安裝在了二樓的電氣柜內(nèi)，這樣既可以保證它的正常運行，也可以更加輕松地安裝和配備。圖2.2車廂照明布置圖2.2燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計這句話描述了一種特殊的照明系統(tǒng)，它由四個組成部分組成：照明器、照明器材、照明器材和照明器材。這種系統(tǒng)使用了一個統(tǒng)一的電源，所以它沒有需要額外的照明器材。它被緊緊地固定在汽車的前后蓋子和底座的框架上，并且有一個圓柱狀的照明器材來照亮整個系統(tǒng)。通過將燈光線穿過整個汽車，使得整個汽車呈現(xiàn)出一條連續(xù)的光線。圖2.3照明燈具結(jié)構(gòu)示意1.燈體燈體被視為汽車照明系統(tǒng)的核心組成部分，它不僅負(fù)責(zé)承載和安裝照明設(shè)施，還負(fù)責(zé)與汽車整個身軀緊密連接。因此，它必須擁有良好的抗壓能力，能夠承受汽車的載荷，一般由優(yōu)質(zhì)的鋁合金制造，可有效降低汽車的質(zhì)量。這個項目的照明系統(tǒng)使用了6063-TS鋁合金制造。這種材料具有出色的塑性和適當(dāng)?shù)臒崽幚韽姸?，并且在焊接方面表現(xiàn)出色燈體被精心設(shè)計的長圓孔分別位于左右兩側(cè)，并且通過螺栓將其固定在頂板骨架上，以確保燈具的穩(wěn)固性和可靠性。2.燈罩燈罩是一種有效的光源傳播器，它能夠?qū)ED點光源轉(zhuǎn)換成面光源，使得照明更加清晰，減少眩光，從而達(dá)到更好的照明效果在汽車燈罩的制作中，玻璃是最常用的材料，它的防火性能優(yōu)于其他材料，但是PC材料更加耐用，它的可塑性更強，重量更輕，光線的傳播效果更加靈活。目前，必達(dá)福和拜耳公司都能夠提供高品質(zhì)的PC燈罩，因此我們選擇了這種材料進(jìn)行擠壓成型。燈罩采用卡扣式安裝，可以輕松地進(jìn)行維護(hù)和拆卸，而且它們之間還配備了金屬安全繩，以確保燈罩不會因意外脫落而造成乘客的傷害。3.發(fā)光元件LED光源板是一種高效的LED照明設(shè)備，它通過將大量LED顆粒貼片到PCB板上來實現(xiàn)發(fā)光。采用PCB鋁基板制造的LED燈具具備出色的散熱、隔離、耐磨、耐腐蝕等特點，不僅可以顯著減少燈具的溫升，而且還具備更強的功耗、更穩(wěn)定的可靠性，從而大大增強了燈具的耐久性。金屬基覆銅板，也稱為鋁基板，因其五層結(jié)構(gòu)而聞名。這五層包括：涂層、電子層、介電層、基板層以及保護(hù)層。涂層的目的在于阻止電子元件的焊接，并且可以降低LED的輻射。電子層使用電鍍銅，通過電鍍工藝生產(chǎn)電子元件，并將電子元件串并聯(lián)。介電層則是金屬基板的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)連接電子元件，并維持電子元件的穩(wěn)定性。鋁基板的主要目的在于提供良好的隔離效果，同時也提供良好的導(dǎo)熱效果。它的優(yōu)良的熱傳導(dǎo)特性、良好的機械特性以及優(yōu)異的電學(xué)特性，都讓它成為LED的理想選擇。此外，它還擁有優(yōu)異的抗腐蝕性，一般會選擇PI膜來提供良好的防水防曬效果。當(dāng)LED處于運行狀態(tài)，它所釋放的能量會迅速被金屬表面吸收，隨即被轉(zhuǎn)移至其他部位，以便有效地降低整個設(shè)備的溫度。綜合LED上述特性，本設(shè)計采用LED進(jìn)行模擬仿真。圖2.4PCB鋁基板結(jié)構(gòu)示意2.3連接方式通常，LED照明系統(tǒng)的發(fā)射部件包括許多獨立的LED元素。正確的LED安裝方法會直觀關(guān)聯(lián)到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命。所以，在實施LED安裝時，應(yīng)該考慮到這些因素，以確保系統(tǒng)的高效運行。當(dāng)前，LED的安裝可以通過四種不同的形態(tài)實現(xiàn)：串聯(lián)、并聯(lián)、混合和網(wǎng)絡(luò)化安裝。a）LED串聯(lián)通過LED串聯(lián)，可以將電路中的各個LED顆粒按照一定的順序連接起來，從而使得每個LED顆粒的工作電流保持一致，從而達(dá)到相同的亮度。這種LED的連接方法很容易，但它的缺陷在于，如果某顆LED出現(xiàn)問題，它會導(dǎo)致整顆LED都無法正常運行，從而降低了整體的可用性。圖2.5LED簡單串聯(lián)連接為了提升電路的可靠性，一種新的改良型LED串聯(lián)連接方式應(yīng)運而生。采用的齊納二極管具有較低的擊穿電壓，這樣可以有效地阻止LED的過載，保證它們的正常發(fā)光。然而，當(dāng)LED的故障時，齊納二極管將被觸發(fā)，以便為其它LED提供可靠的輸入。由于LED的并行齊納二極管的存在，使得該類型的led串行電路必須添加更多的元器件，進(jìn)一步加劇了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并且也提高了整臺燈的制造和維護(hù)費用。圖2.6LED帶旁路齊納二極管連接b）LED并聯(lián)LED的并聯(lián)使得它們的每一部分的功率可以得到最大化，而且它們的驅(qū)動電流可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，從而避免了單獨使用時可能出現(xiàn)的LED。如果使用恒定的ledled，一旦有一個LED出現(xiàn)問題，另一個LED的輸出會變得更強，這會導(dǎo)致另一個LED的過熱，從而產(chǎn)生一個惡性的循環(huán)。所以，使用LED串聯(lián)的連接方法的優(yōu)勢在于，電路結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且驅(qū)動電壓更低，更加穩(wěn)定，但會導(dǎo)致LED的分布不平衡，降低整體的亮度。圖2.7LED并聯(lián)連接c）LED混聯(lián)LED混聯(lián)技術(shù)可以將LED燈具的不同部分進(jìn)行組裝，從而提高燈具的性能。它可以將燈具的單個部分與其他部分進(jìn)行組裝，從而提高燈具的整體性能。這種技術(shù)可以滿足不同的燈具的需求，例如，如果燈具需要單獨運行，可以選擇LED混聯(lián)技術(shù)。由于LED的多種連接形式，不管是串聯(lián)還是并聯(lián)，它們的結(jié)構(gòu)會變得更為復(fù)雜，從而導(dǎo)致更大的生產(chǎn)成本。而LED的混合使用，不僅能夠解決電源的搭配難題，而且還能夠大大提升電源的穩(wěn)定性，從而使得LED電源的使用更為經(jīng)濟(jì)實惠。LED混聯(lián)電流的均流問題至關(guān)重要，為了實現(xiàn)最佳的電流平衡，通常會通過精心設(shè)計的電流分布圖，將電流分布圖與電阻分布圖進(jìn)行匹配，從而實現(xiàn)電流的有效分布，從而提升電流的平衡。圖2.8LED混聯(lián)連接3智能照明新技術(shù)和方法3.1照明的基本概念3.1.1色溫“色溫”指的是一個物質(zhì)的亮度和反射率，它通過測量物質(zhì)的反射率來衡量。一個物質(zhì)的反射率通常用K來衡量，它的反射率越高，反射率越大，反射率越小。反射率越大，反射率越小，反射率越大，反射率越小。色溫作為衡量光源光譜質(zhì)量的重要參數(shù)，TC可以反映其變化趨勢。在黑體輻射的情況下，當(dāng)溫度上升時，其發(fā)出的光線會從紅變?yōu)辄S，然后又變回原來的樣子，這樣，當(dāng)色溫較高時，其發(fā)出的藍(lán)光會更加豐富，而紅光則會更加稀疏。一般的蠟燭的亮度可以達(dá)到1930K，而鎢絲燈的亮度則可以達(dá)到更高的2760K-2900K，而日光熒光燈的亮度則更高，甚至可以達(dá)到更高的6000K0.圖3-1展示了不同類型的光源的色溫差異。圖3.1日常光源的色溫通常，我們將低于3000K的溫度稱為暖色調(diào)，而高于5000K的溫度則被稱為中間色調(diào)，而低于5000K的溫度則被稱為冷色調(diào)。這些溫度差異會對人的身體和精神產(chǎn)生不同的影響。根據(jù)最新的研究，當(dāng)光線較暗的地方，如果持續(xù)暴露在光線較暗的地方，可以使人的思考活躍，提高注意力，并且使人的行為更為理性。然而，如果光線較暗，則會使人的精神狀態(tài)不佳，導(dǎo)致身體的不適。因此，在選擇光線的顏色方面，應(yīng)該選擇柔和的暖色，以便使人的精神狀態(tài)保持平衡。表3.1常見照明場景的色溫序號照明場景色溫選擇效果1教室、圖書館等4500K—500OK安靜、嚴(yán)肅，又不失活潑，保護(hù)視力，培養(yǎng)2商場350OK—4500K自然、活潑、放心、舒適，引起購買欲望3會客室400OK—4500K便于賓主互動，溝通順暢4餐廳300OK——4000K舒適、安穩(wěn)，引起人食欲3.1.2光通量光通量是一種衡量光照強度的物理量，它可以用流明來表示，而且隨著光照強度的增加，光通量也會發(fā)生變化由于輻射功率的變化，不同波長的光通量也會發(fā)生變化。根據(jù)多個國家的實驗室的研究，當(dāng)輻射功率為555nm時，人類對光的敏感性最強，其光譜光視效能最高，可達(dá)到戈二6831m/W。因此，555nm波長的光的傳播速率可以通過一個簡單的公式來描述：3.1.3顯色指數(shù)顯色指數(shù)是一種衡量物體在不同光源下的色彩變化的指標(biāo)，它反映了物體在不同光源下的色彩變化情況CR工（ColorRendition工ndex）是一種衡量光源顯色性的重要指標(biāo)，它可以準(zhǔn)確地反映出物體在照射光源時的顏色變化，其最高值可達(dá)1000，可以說是目前評估光源顯色性的一種有效方式。當(dāng)一個物質(zhì)的表面沒有受到它自身的反射光的影響，它的表面將不再呈現(xiàn)原有的顏色，從而表示它的表面質(zhì)量不佳。為了衡量一個物質(zhì)的表面質(zhì)量，我們可以使用顯色指數(shù)來進(jìn)行測量，它可以用來衡量一個物質(zhì)的表面質(zhì)量，并且可以用來評估一個物質(zhì)的表面質(zhì)量。由于顯色指數(shù)是一個關(guān)鍵的評估工具，它反映了一個光源的顏色恢復(fù)能力，它的值越大，說明這個光源的顏色恢復(fù)效率就越好，而且它的顏色恢復(fù)性能也更優(yōu)秀。圖3.2展示了顯色指數(shù)與色彩還原。圖3.2顯色指數(shù)與色彩還原3.1.4照度“照度”一詞來源于對一個物體在一個特定區(qū)域中能夠吸收的太陽輻射的能力?！癊”一詞代表“勒克斯”，“Ed/dS”的關(guān)系就是一個物體在一個特定區(qū)域中能夠吸收的太陽輻射的能力。當(dāng)一個物體暴露于一個平方米的光線中，如果其表面的亮度達(dá)到1流明，那么其表示的亮度就會達(dá)到1勒克斯。這個數(shù)值可以用來衡量一個物體的亮度，也可以用來衡量一個光源的效率。表3.2常見照明場景的照度值序號場所照度值（Lx）1教室、實驗室、辦公室200-7502工廠流水線750-15003餐廳、洗手間150-3004商場室內(nèi)陳列750-30005居家臥室、廁所70-150照亮效果取決于光源的亮度和反射率，因此，照亮效果（Eav）作為一個重要的指標(biāo)，對于燈的亮度和反射率都至關(guān)重要。Eav的大小取決于燈的亮度和反射率，而且還取決于燈的反射率和反射率，因此，eav的大小應(yīng)該根據(jù)燈的亮度和反射率來確定。在這句話里，n代表的是一組光源，φ則指的是每組光源的總能量，而CU則指的是它們的可使用性，MF則指的是它們的可維持性，而s則指的是它們所覆蓋的區(qū)域。然而，要想獲得最佳的照亮效果，就必須避免過分的強烈的日曬，因為這會導(dǎo)致身體的疲憊，以及對眼睛的刺激，從而影響視覺效果。在某些特定的環(huán)境下，調(diào)節(jié)照亮的強弱程度，能夠讓人們更加舒服，更加安心。然而，這種調(diào)節(jié)也必須兼顧環(huán)境的特性，才能達(dá)到最佳的視覺和心靈上的滿足.。因此，在調(diào)節(jié)照亮強弱時，應(yīng)該綜合考量環(huán)境的特性，并且根據(jù)實際情況進(jìn)行合理的調(diào)整，從而達(dá)到最佳的視覺和心靈上的滿足。大多數(shù)場合車廂內(nèi)的照度標(biāo)準(zhǔn)值為300-500（Lx）。本設(shè)計用400Lx作為照度標(biāo)準(zhǔn)值。圖3.3顯示了色溫、光照強度和照明舒適度之間的相互影響。3.1.5照度均勻度照度均勻度是衡量物體表面光照強度的一個重要參數(shù)，它由物體表面的最低光照度和平均光照度之間的比值U來決定，具體計算方法如下：if的測量結(jié)果可以用來衡量一個物體的亮度和陰影程度，它可以用來評估物體在一個特定的區(qū)域的亮度和陰影程度。當(dāng)if的測量結(jié)果達(dá)到1時，這意味著物體的亮度和陰影程度都較低，使得物體在一個較亮的區(qū)域更加安靜。通常情況下，在需要良好光照條件的環(huán)境，例如學(xué)校、醫(yī)院、工業(yè)生產(chǎn)線，光亮程度越好，人們會更加愉悅。然而，在需要良好光照條件下，例如花壇、廣告牌、游泳池、餐廳、商店，光亮程度越低，人們會更加不快樂。因此，在這些環(huán)境下，衡量光亮程度并不重要。3.2照明燈具的結(jié)構(gòu)與供電照明設(shè)備通常包括四個基本單位：發(fā)射器、控制器、支架、外殼。它們共同為我們提供了亮度、顏色、功率等信息。發(fā)光元件是照明燈具的關(guān)鍵組成部分，它們的選擇和使用可以極大地影響燈具的性能和使用壽命。近年來，隨著科技的進(jìn)步和人們對照明的日益增長，發(fā)光元件的種類也在不斷演變，從而使得照明燈具的性能和使用壽命得到了顯著的改善。從1879年愛迪生首次提出的白熾燈開始，人類的照明技術(shù)不斷演進(jìn)，從普通的熒光燈到現(xiàn)在的氣體放電燈。三個時代的發(fā)展。其中以熒光燈為代表的氣體放電燈，自第二次世界大戰(zhàn)后便廣泛應(yīng)用到了各個行業(yè)中。1974年荷蘭飛利浦公司成功研制出三基色熒光燈，更是成為了熒光燈發(fā)展史上的一個重要里程碑。三基色熒光燈可以實現(xiàn)在暖色光、暖白色光、冷色光三種范圍內(nèi)發(fā)光，基本滿足各種照明場景的需要，而且三基色熒光燈壽命長達(dá)10000小時，比熱光源燈具節(jié)能70%，光線柔和、無頻閃，可使被照人員舒適、放松。因此，在地鐵車輛照明中，三基色熒光燈一直以來被作為發(fā)光元件的首選。20世紀(jì)90時代末期，第三代半導(dǎo)體GaN的誕生，掀起了光照科技的新浪潮，這也帶來了固態(tài)照明技術(shù)的誕生。LED（太陽能電池板）成功地作為第四代照明技術(shù)，它不僅代替了傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，而且還成功地被應(yīng)用在日常燈具中。LED燈具的核心部分LED光源板，通常采用P-N結(jié)構(gòu)，包括P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體以及少量的載流子，這些半導(dǎo)體可以通過串行連接，也可以通過并行連接，形成一個完整的led燈具。當(dāng)P型半導(dǎo)體受到外力作用時，其中的大部分電荷被轉(zhuǎn)化為N結(jié)，這種結(jié)構(gòu)由P型半導(dǎo)體的多數(shù)電荷組成。當(dāng)PN型半導(dǎo)體的兩端受到外力作用時，N部分的電荷便轉(zhuǎn)化為P部分的多數(shù)電荷，這些多數(shù)電荷最終被轉(zhuǎn)化為p部分的空穴，并最終轉(zhuǎn)化為p部分的光子，從而產(chǎn)生可見的光。LED芯片的發(fā)光原理可以通過它來解釋。圖3.4LED芯片發(fā)光機理2008年，香港地鐵首次嘗試使用LED作為照明技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)勢顯著：它的固體表面反射率極低，可以抵御地面的沖擊和振蕩，同時還可以提供更好的視覺質(zhì)量，使乘客更加舒適。36]年，LED技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍，成為當(dāng)時最受歡迎的地鐵照明技術(shù)。驅(qū)動電源是用來控制照明設(shè)備的能量來自于它的能量來源，并且它的使用壽命很長，但是也有一定的缺陷。通常，它們會被劃分成靜態(tài)的或者運行的兩種。1.恒壓驅(qū)動電源線性恒壓源是一種用于測量電壓的電子元件，它的工作原理是：將電壓從一個固定的電路中轉(zhuǎn)換到另一個電路中，并將轉(zhuǎn)換的電壓作為一個可以被測量的電壓，這個電壓可以被多個電路測量，并且可以被多個電路放大，從而達(dá)到恒壓的目的。詳情請看圖2-5。線性恒壓源具備優(yōu)異的性能，其反饋迅捷、噪聲極少、輸出波形極其平滑，而且其輸出壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輸入壓力，但同時也存在著較高的效率和較高的溫升。（1）線性恒壓源線性恒壓源是一種用于測量電壓的電子元件，它的工作原理是：將電壓從一個固定的電路中轉(zhuǎn)換到另一個電路中，并將轉(zhuǎn)換的電壓作為一個可以被測量的電壓，這個電壓可以被多個電路測量，并且可以被多個電路放大，從而達(dá)到恒壓的目的。詳情請看圖2-5。線性恒壓源具備優(yōu)異的性能，其反饋迅捷、噪聲極少、輸出波形極其平滑，而且其輸出壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輸入壓力，但同時也存在著較高的效率和較高的溫升。圖3.5線性恒壓源原理（2）開光恒壓源PWM脈寬調(diào)制芯片與開光管構(gòu)成了開關(guān)恒壓源的主要組成部分，它們通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通與關(guān)閉的時間差來實現(xiàn)恒壓輸出，如圖2-6中展示的那樣。開光恒壓源具備出色的性價比，它的功率更強，而且電源的功率更小，使得它更加可靠。目前，它已被認(rèn)定為恒壓驅(qū)動電源的首選，并且已被普遍地運用到電子、電腦、通訊等各個行業(yè)。圖3.6開光恒壓源原理2.恒流驅(qū)動電源電源驅(qū)動器可提供持續(xù)的電流，并且可根據(jù)電阻值的不同來進(jìn)行電流的調(diào)整。這種電源可以被設(shè)計來適配不同的環(huán)境，并且可以防止電阻過大。電源驅(qū)動器可以被設(shè)計來提供持續(xù)的電流，并且可以被設(shè)計來適配不同的環(huán)境。兩種廣泛使用的恒定電壓來源如何。（1）常用簡易恒流源采用兩只具備良好性能的同型三極管，我們能夠構(gòu)筑出一種普遍適用的恒流源，其中be的電壓保持一致，從而實現(xiàn)I=e/Rl的恒定輸出。這種恒流源具備了操作方便、輸出量大、價格實惠的優(yōu)勢，大大減少了產(chǎn)品的開發(fā)和運行費用。鑒于be電壓的波動幅度很高，以及相似類別的三極管在性能上存在顯著的差距，使得采用該技術(shù)來實現(xiàn)準(zhǔn)確的恒定輸出無法達(dá)到預(yù)期的效果。圖3.7簡易恒流源（2）運放恒流源通過引入一個運放來實現(xiàn)對電路的控制，以達(dá)到更準(zhǔn)確的輸出，并且利用場效應(yīng)管來抵消由于be電壓變化而產(chǎn)生的偏移。此外，這種運放的輸出值可以設(shè)定在I=/R1。此類電源為恒流源的標(biāo)準(zhǔn)電路，使用的元件普通，在電流精度要求不高的前提下，可將場效應(yīng)管替換為三極管，且電路易于搭建與調(diào)試，具有足夠精度和可調(diào)性。缺點就是代。需要額外提供。圖3.8運放恒流源驅(qū)動電源是照明燈具的核心部件。LED照明燈的發(fā)光特點是：隨著LED的兩端電壓的變化，它的驅(qū)動電流也會相應(yīng)地變化，這會使得LED的可發(fā)光照明降低，使得LED的使用壽命降低。因此，在選用led的過程中，必須注意控制驅(qū)動器的輸出，以保證led的準(zhǔn)確性和可靠性。目前，LED燈具的故障率達(dá)到了80%，這大部分都與LED芯片的5萬小時的使用期有關(guān)。此外，由于LED的發(fā)射能力較弱，使得其發(fā)射效果受到限制，而目前的ledled發(fā)射能力大多只有70%-90%。3.3智能照明的控制技術(shù)近年來，由于科學(xué)技術(shù)的飛躍，許多領(lǐng)域都取得了長足的進(jìn)步。例如，電子學(xué)、網(wǎng)絡(luò)、主動控制、感應(yīng)器工藝、微電子技術(shù)都取得了巨大的成就。這些高新技術(shù)的融合使得照明技術(shù)得到了極大的提升，并且已經(jīng)邁向了一個完整的智能化控制的階段。在軌道交通中，將照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，旨在三個方面：首先，它將極大地改善列車內(nèi)部的照明設(shè)施，降低其維修費用；其次，它將大大降低能耗，降低其使用費用；最后，它將極大地提升車載設(shè)備的智能性，從而更好地適應(yīng)當(dāng)前市場的發(fā)展趨勢。通過使用智能化技術(shù)，我們可以在不同的情況下，如外部環(huán)境的改變和某些特殊的規(guī)則，讓汽車的照明系統(tǒng)可以自主地收集和處理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過邏輯分析、推理和決策來得出最終的決策，然后將這些決策的結(jié)論轉(zhuǎn)換成可用的格式，從而使汽車的運營更加高效和可靠。當(dāng)前，智能照明控制技術(shù)可以根據(jù)其控制目標(biāo)和目標(biāo)進(jìn)行劃分，包括：自動調(diào)節(jié)照度、情景模擬和人流識別三種技術(shù)。3.3.1照度自動調(diào)節(jié)技術(shù)通過使用照度自動調(diào)節(jié)技術(shù)，我們可以根據(jù)周圍環(huán)境的光照情況，自動調(diào)整燈具的亮度，以滿足乘客的需求。這種技術(shù)有助于合理利用光線，實現(xiàn)節(jié)能。照度自動調(diào)節(jié)技術(shù)的核心在于實時監(jiān)測客室內(nèi)的光線變化，并將其轉(zhuǎn)換成可以實時調(diào)整的模式，這一過程需要感光器的參與，以便實現(xiàn)對光線的實時監(jiān)測和精確控制。通過信號處理器，我們可以對客廳的照明強度進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果輸出控制信號，從而自動調(diào)整客廳的照明強度。在自然光充足的情況下，燈具可以有效地減少照明，從而節(jié)省能源。照度自動調(diào)節(jié)技術(shù)原理見圖3-9所示。圖3.9照度自動調(diào)節(jié)技術(shù)原理為了更好地控制照明燈具的亮度，照度自動調(diào)節(jié)技術(shù)通常與PWM脈寬調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，使得照明燈具的亮度可以更加均勻和穩(wěn)定地變化，并且可以通過PWM波的形式輸出，從而達(dá)到更高的控制效果。節(jié)約資源的照明控制器擁有獨特的優(yōu)點，它的輸入照明量隨著周圍的光線變化，并且可以通過控制來減少燈泡的開啟時間和消耗的電力。然而，這種控制器需要額外的照明設(shè)備，這將導(dǎo)致更高的成本。3.3.2情景模式控制技術(shù)通過使用情景模式控制技術(shù)，我們能夠在各種場合下，如日常生活中的各種場合，對照明設(shè)備進(jìn)行智能化的調(diào)整，以便為乘客帶來更加舒適、協(xié)調(diào)、美觀的旅行氛圍。顏色是一種非常重要的元素，它可以改變環(huán)境的氛圍和氣氛，從而使得室內(nèi)空氣更加清新、舒適。為了更好地滿足這一點，我們可以使用顏色的分類標(biāo)準(zhǔn)，如圖3.10所示。圖3.10色溫分級表越是深邃的藍(lán)，其顏值就越高；而越是明亮的紅，其顏值就越低。一天之內(nèi)，太陽的顏值也會發(fā)生著巨大的改變。早晨，40分鐘的太陽會呈現(xiàn)出淡淡的金黃，其顏值在3000K左右；而下午，太陽的顏值會從4800-5800K。當(dāng)太陽西沉，天空的顏色變得更加深沉，從2200K到3300K，每一個顏色都會帶來獨特的魅力。低于3000-5000K的顏色給人一種沉著而安詳?shù)臍庀?，而高?000-5000K的顏色則給人一種清新而愉悅的體驗。當(dāng)色溫超過5000K時，人們會產(chǎn)生一種寒意的感受。3.3.3人流識別控制技術(shù)采用先進(jìn)的人口智能識別和控制系統(tǒng)，我們可以對乘客的出行情況進(jìn)行實時的監(jiān)控，同時根據(jù)客流量的變化，智能地調(diào)整照明設(shè)備的亮度，從而達(dá)到節(jié)約資源的目的。通過應(yīng)用先進(jìn)的人流識別和控制技術(shù)，我們可以通過使用紅外成像來監(jiān)測車廂內(nèi)的溫濕度。這樣，我們就可以準(zhǔn)確地估算出車廂中的座位和座位的比例，并通過調(diào)整光線來調(diào)節(jié)車廂的溫濕度。此外，我們還可以通過調(diào)整車廂中的光線來改善車廂的整體氛圍，并最大限度地發(fā)揮車廂的功能。圖3.11紅外成像人流識別示意圖人流識別控制技術(shù)的核心挑戰(zhàn)在于如何利用紅外成像技術(shù)來快速分析和處理車廂內(nèi)的人流情況，從而實現(xiàn)對燈具的精確控制。這一過程需要將紅外成像技術(shù)應(yīng)用到燈具的驅(qū)動電源上，以便實現(xiàn)對燈具的精確調(diào)節(jié)和開關(guān)操作。由于乘客的流動具有較大的不確定性，而且照明燈具的亮度也受到限制，因此，要想達(dá)到最佳的照明效果，就必須對其進(jìn)行分區(qū)域的控制。利用人流識別控制技術(shù)，列車可以實時監(jiān)測和調(diào)整照明燈具的亮度和開關(guān)，大大提升了列車的科技水平，同時也可以有效地節(jié)約資源，從而獲得更高的效率和效益15]。然而，這種技術(shù)也存在一定的缺點，比如需要安裝大量的紅外熱傳感器，這不僅會增加照明系統(tǒng)的成本，還會增加安裝結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。隨著人流識別控制技術(shù)的不斷發(fā)展，目前國內(nèi)軌道交通車輛已經(jīng)開始采用這項技術(shù)，并取得了良好的效果。4設(shè)計方案4.1照明控制系統(tǒng)功能分析通過使用AT89C51單片機，我們可以構(gòu)建一個智能照明控制系統(tǒng)，它可以根據(jù)車輛的運行情況和狀況，自動調(diào)節(jié)照明燈的開啟和關(guān)閉。4.2單片機的選擇單片機芯片是嵌入式系統(tǒng)中常用的一種電子器件，也稱為微控制器（MCU）。它可以在一個芯片上集成處理器核心、存儲器、IO口、定時器、計數(shù)器、AD轉(zhuǎn)換器等功能模塊[8]，極大地減小了設(shè)計的復(fù)雜度和成本。不同系列的單片機具有不同的優(yōu)缺點，結(jié)合本文功能實現(xiàn)的特點以及其他經(jīng)濟(jì)因素，最終方案有以下兩種：方案一：STC系列單片機芯片STC89C52是8051系列單片機的一種，其具有以下優(yōu)缺點：優(yōu)點：成本低廉：STC89C52的價格相對較為低廉。易于上手：STC89C52是一款易于上手的單片機，由于其基于8051內(nèi)核，而這種單片機的編程器和開發(fā)環(huán)境等資源相對較為豐富。容易擴展：STC89C52具有多種外設(shè)和接口，可以輕松擴展到其他外部設(shè)備。具有低功耗模式：在工作時STC89C52可以通過低功耗模式實現(xiàn)高效能耗[9]。缺點：性能較低：相較于其他單片機產(chǎn)品，STC89C52的性能較為低端，限制了一些對于高性能需求的機構(gòu)應(yīng)用。存儲容量較?。篠TC89C52內(nèi)存容量較小，只有64KB，無法存儲大型數(shù)據(jù)集成，不適用于對存儲空間要求較高的應(yīng)用場景。開發(fā)資源有限：相較于其他品牌的單片機，STC89C52的開發(fā)資源相對較少，開發(fā)者需要自行探索資源和解決器件的開發(fā)問題?？偟膩碚f，STC89C52作為一款低成本、易上手、易擴展的單片機，適用于對成本和功能要求不高的控制型應(yīng)用場景。方案二：AT系列單片機芯片AT系列單片機是一種非常流行的8位微控制器，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。其中，AT89C51是最受歡迎的型號之一。以下是該系列單片機的優(yōu)缺點：優(yōu)點：高性能：AT系列單片機具有高速操作和微控制器特性，可廣泛應(yīng)用于各種控制和嵌入式系統(tǒng)。穩(wěn)定性：AT系列單片機采用先進(jìn)的CMOS技術(shù)，具有穩(wěn)定性和可靠性，可以在各種惡劣環(huán)境下操作[10]。易于編程：AT系列單片機易于編程，支持多種編程環(huán)境和語言，便于工程師進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試?？芍赜眯裕篈T系列單片機具有高度的可重用性，可以在多個項目中使用，減少開發(fā)時間和成本。缺點：與16位或32位微處理器相比，AT系列單片機的處理速度較慢，執(zhí)行復(fù)雜的指令需要較多的時鐘。AT系列單片機擁有的內(nèi)存容量較小，只能用于較簡單的應(yīng)用。AT系列單片機的存儲器不支持隨機存儲，存儲容量有限。AT系列單片機需要外部電路支持，因此需要較多的硬件設(shè)計工作?？偠灾?，AT系列單片機具有高性能，穩(wěn)定性高，易于編程，可重用性強等優(yōu)點，但缺點是其速度較慢，存儲容量有限，需要額外的外部電路支持。經(jīng)過詳細(xì)的比較，我們發(fā)現(xiàn)STC系列單片機和AT系列單片機各有優(yōu)勢，因此，在滿足本次設(shè)計的要求的前提下，我們最終選擇了方案二的AT89C51單片機作為控制芯片。4.3液晶顯示模塊的選擇LCD模塊，也被稱為LiquiDCRystalDisplayModule，是一種專為顯示終端而r&d的高性能顯示模塊，其結(jié)構(gòu)包括lcd顯示屏、驅(qū)動電路、背光源、外殼、連接件，能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰度的顯示，并能夠提供豐富的內(nèi)容，如文字、圖像、視頻、音頻、游戲、視頻等?；贏T89C51單片機的智能照明控制系統(tǒng)中，需要實時顯示外界環(huán)境的照度，可以選擇帶有串行通信接口的液晶顯示模塊，這樣可以將滑動變阻器和液晶顯示模塊之間通過串行通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)動態(tài)照度顯示。故有以下兩種方案：方案一：LCD1602液晶顯示模塊方案二;LCD12864液晶顯示模塊LCD1602與LCD12864區(qū)別：1、分辨率不同，LCD1602是每字5*8點陣，字符區(qū)域16*2個；LCD12864是128*64分辨率的點陣。這兩者的差異顯而易見。2、由于驅(qū)動芯片的差異，導(dǎo)致控制字和時間順序存在一定的差異。LCD1602液晶顯示優(yōu)缺點：優(yōu)點：1、這款字符型液晶顯示器，能夠輕松地顯示出字母和數(shù)字信息。2、控制簡單3、成本較低缺點：1、顯示的字體有大小限制2、不能顯示圖形等等3、它不能顯示曲線lcd12864液晶顯示優(yōu)缺點：優(yōu)點：1、功耗低2、體積嬌小不占面積3、重量輕，超薄等缺點：1、LCD12864液晶顯示器具有豐富的信息量，但其編程和電路設(shè)計卻相對復(fù)雜，需要更多的技術(shù)支持。2、價格較高綜上所述，最終方案為方案一LCD1602液晶顯示模塊。4.4ad轉(zhuǎn)化器的選擇ad轉(zhuǎn)換器是用于轉(zhuǎn)換復(fù)雜的電子信息的設(shè)備。它通過在給定的時間內(nèi)對多個電子信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使它們能夠在同一個頻率下保持穩(wěn)定。這種轉(zhuǎn)換方法通常包括對多個電子信息進(jìn)行采樣，并與其他電子信息進(jìn)行對比，以確保它們的平衡。結(jié)合本設(shè)計功能實現(xiàn)及經(jīng)濟(jì)效益有以下兩種方案：方案一：ADC0832AD轉(zhuǎn)化器ADC0832擁有出色的8位轉(zhuǎn)換器性能，其轉(zhuǎn)換效果可以達(dá)到驚人的256級，可以完美地支持多種數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。它的內(nèi)置的電源設(shè)計，能夠?qū)?~5V的數(shù)字信號傳遞到外接的設(shè)備。該芯片的轉(zhuǎn)換效率極高，只需32μS，并配備雙重數(shù)據(jù)輸入，從而大大減少了數(shù)據(jù)誤差，其轉(zhuǎn)換效率極高，而且穩(wěn)定性也極佳。方案二：PCF8591AD轉(zhuǎn)化器PCF8591擁有一個高效的單片設(shè)計，它能夠提供8-bitCMOS的高精度信號，并且能夠通過一個單獨的供電系統(tǒng)實現(xiàn)高效的工作。它的四個模擬端子、一個模擬端子以及一個串行的I2C總線接口，使得它能夠支持多個器件的連接，不必再安裝任何其他的元件。此外，它還擁有三個地址引腳，分別為A0、A1、A2，這些都能夠方便的進(jìn)行硬件地址的編輯。PCF8591器件可實現(xiàn)高效的地理位置、操作指令及其他相關(guān)的數(shù)字信息，這些信息均可通過高效的I2C總線實現(xiàn)高速的連接。ADC0832擁有雙緩沖8bits的ADC，而pcf則擁有一個I2C總線，可以進(jìn)行多個步長的8bits的漸進(jìn)式ADC，以及一個內(nèi)部的8bits單通道DAC。與DAC0832相比，pcf8591的性能更加突出，它擁有更加豐富的功能，更小的功耗，只需一個電源，更加便捷的IO口，而且還可以將一個pcf8591連接到一個其他的設(shè)備，使得它更加靈活、高效。這個系統(tǒng)可以提供更高級的解決方案。4.5總體方案及框圖本文采用AT89C51單片機作為控制器芯片，整體的電路設(shè)計包括顯示電路模塊、AD轉(zhuǎn)換電路模塊、按鍵控制模塊，其總體結(jié)構(gòu)圖如下：圖4.1總體硬件設(shè)計圖5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5.1電路總體設(shè)計該系統(tǒng)由AT89C51單片機驅(qū)動，包括晶振、顯示、復(fù)位、光照度信息處理、車載光學(xué)元件和燈飾。5.1.1單片機電路AT89C51由ALU位置的8位微控制器（MCU）組成，它可實現(xiàn)復(fù)雜的計算機控制；它擁有128B的RAM，可容納00H至7FH的時間段；此外，它還擁有21個專門的特性寄存器，它們散布在SFR塊的80H至FFH之間。PC，一個16位的單一寄存器，可以記錄程序的運算，以及它所需的指令的位置，它可以被設(shè)置成一個可以被讀取的位置。51系列單片機在存儲器配置上采用“哈佛”結(jié)構(gòu)，即物理上具有獨立的程序寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，但邏輯上采用相同的地址空間，利用不同的指令和尋址方式進(jìn)行訪問。AT89C51內(nèi)部有4kBFLASH，用來存儲程序、原始數(shù)據(jù)、表格等，稱為程序存儲器（片內(nèi)ROM）；有4個8位可編程I/O口（P0、P1、P2、P3）；一個UART串行通信口；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)；一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。.圖5.1AT89C51單片機5.1.2晶振電路設(shè)計晶振，也稱為振蕩器。oscillator，一種具備四個管腳、四個方向的設(shè)備，其中包含了功率、重量以及時鐘輸出的引腳，內(nèi)部還配備了晶片與振蕩器，不僅能夠自動調(diào)節(jié)頻率，而且還能夠在產(chǎn)品出廠前進(jìn)行精確的調(diào)整，具備了易于操作、頻率穩(wěn)定、電磁輻射低等優(yōu)勢。晶體振蕩器，也被稱為石英晶體振蕩器，是一種具備高效、低噪聲、高精度的電子元件，其結(jié)構(gòu)包括石英晶體元件、集成電路、電阻電容器及其表面材料，在使用過程中，其能夠產(chǎn)生持久的振蕩信號。圖5.2晶振電路連接圖5.1.3復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路是一種用于控制和保障數(shù)字電路正確啟動的電路，它可以在系統(tǒng)通電時將所有相關(guān)電路初始化至已知狀態(tài)并在必要時強制系統(tǒng)重新啟動。復(fù)位電路通常由復(fù)位電路芯片、復(fù)位電源、復(fù)位信號生成電路等組成。其中，復(fù)位電路芯片是實現(xiàn)復(fù)位功能的關(guān)鍵部件，它能夠?qū)崿F(xiàn)從復(fù)位信號的檢測、濾波、延遲到輸出復(fù)位信號等功能。此外，復(fù)位電源是保證復(fù)位電路穩(wěn)定工作的關(guān)鍵部件，通過對電源的濾波、穩(wěn)壓等處理來提供穩(wěn)定的電壓信號。復(fù)位信號生成電路則是在檢測到復(fù)位信號后，對復(fù)位信號進(jìn)行處理和調(diào)整，以生成符合單片機或其他數(shù)字電路工作所需的復(fù)位信號?？傊?，復(fù)位電路是數(shù)字電路和單片機設(shè)計中的重要組成部分，它能夠確保電路在啟動或異常情況下能夠迅速進(jìn)入正確狀態(tài)，保證系統(tǒng)的正常工作。圖5.3復(fù)位電路連接圖5.1.4液晶顯示電路設(shè)計LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。液晶顯示電路是指用于驅(qū)動液晶顯示屏的電路，主要包括液晶驅(qū)動芯片和液晶顯示屏。液晶顯示屏通過多個驅(qū)動引腳和控制信號與驅(qū)動芯片連接，根據(jù)驅(qū)動芯片發(fā)出的指令來實現(xiàn)圖像顯示和刷新。液晶驅(qū)動芯片是一種專用于液晶驅(qū)動的可編程邏輯芯片。該芯片可以將輸入的數(shù)據(jù)和控制信號經(jīng)過處理后傳遞到液晶顯示屏的驅(qū)動引腳上，控制液晶顯示屏的像素刷新，實現(xiàn)對液晶顯示屏的驅(qū)動控制。圖5.4液晶顯示電路5.1.5AD轉(zhuǎn)化電路設(shè)計通過使用半導(dǎo)體材料，我們可以創(chuàng)造出一種能夠感知光線的電阻。這種電阻的電阻大小與光線的強度有關(guān)，當(dāng)光線越強時，電阻大小就越低；反之，當(dāng)光線越弱時，電阻大小就越高。PCF8591是一種高性價比的AD/DA轉(zhuǎn)換器，它通過接收A1N1引腳的電壓信號，并通過AT89C51調(diào)節(jié)，實現(xiàn)從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)液晶顯示屏和LCE燈的調(diào)節(jié)和啟停功能。圖5.5AD轉(zhuǎn)化電路5.1.6按鍵電路設(shè)計按鍵電路是指用于檢測按鍵輸入的電路，主要由按鍵、電阻、電容、開關(guān)等元件組成。本設(shè)計有一個車頭燈按鍵，三個車廂燈按鍵?！D5.6按鍵電路6系統(tǒng)軟件程序設(shè)計6.1主程序設(shè)計本次設(shè)計中的軟件程序，主要包含了A/D采樣程序、按鍵判斷程序、數(shù)碼顯示程序、數(shù)據(jù)處理程序。通過PCF8591檢測環(huán)境照度，并傳送至AT89C51單片機，使單片機進(jìn)行信號處理，對環(huán)境照度檢測值與設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，如果照度大于臨界值，則LDE燈滅，如果照度小于臨界值，則LED燈亮。同時還會對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，并做出判斷，運用相關(guān)算法計算出環(huán)境照度并將信號傳送至數(shù)碼管顯示器，進(jìn)行數(shù)值的顯示。圖6.1主程序流程圖C語言已經(jīng)成為許多人工智能系統(tǒng)的核心語言，其優(yōu)越的性能、易于操作和靈活性，為人類的工作提供了極大的便利。C語言的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了嵌入式系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)編程、游戲開發(fā)、桌面應(yīng)用程序等多個領(lǐng)域。C語言編程具體具有以下優(yōu)點：高效性：C語言可以直接訪問計算機的底層資源，使得程序的執(zhí)行速度非常高，能夠處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的運算?？梢浦残裕篊語言編寫的程序可以在不同的平臺上運行，只需要做少量的適配工作就可以實現(xiàn)跨平臺運行。靈活性：C語言提供了豐富的語法和數(shù)據(jù)類型，可以用來實現(xiàn)各種類型的應(yīng)用程序。語言簡潔：C語言的語法簡單明了，使用方便，易于學(xué)習(xí)和使用。代碼可讀性強：C語言的代碼結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強，易于維護(hù)和修改。應(yīng)用廣泛：C語言可以被應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如操作系統(tǒng)、游戲、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信等。社區(qū)支持豐富：C語言擁有龐大的社區(qū)支持，有許多開源項目和庫可以供開發(fā)者使用，加快開發(fā)速度。綜上所述，C語言編程具有高效性、可移植性、靈活性、易于學(xué)習(xí)和易于使用等優(yōu)點，使得它在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。，是一門非常重要的編程語言。6.2子程序設(shè)計6.2.1顯示模塊顯示模塊選擇PCF8591進(jìn)行環(huán)境的照度顯示，C0,C1,C2,C3顯示檢測到的照度值，由信息采集模塊決定。工作流程：PCF8591接收CPU發(fā)出的指令和數(shù)據(jù)；PCF8591根據(jù)接收的指令，設(shè)置內(nèi)部寄存器狀態(tài)；PCF8591根據(jù)寄存器狀態(tài)進(jìn)行驅(qū)動，屏幕顯示相關(guān)操作結(jié)果；CPU讀取PCF8591寄存器狀態(tài)，進(jìn)入下一操作；由此不斷進(jìn)行循壞。圖6.2顯示模塊流程圖7系統(tǒng)測試與分析7.1照明狀態(tài)變化7.1.1初始狀態(tài)如圖，環(huán)境照度大于400勒克斯時，LED處于燈滅狀態(tài)。圖7.1照度低于400Lx圖7.2LED燈滅狀態(tài)7.1.2照明狀態(tài)環(huán)境照度低于400勒克斯時，LED處于燈亮狀態(tài)。圖7.3照度高于400Lx圖7.4LED燈亮狀態(tài)7.1.3特殊照明狀態(tài)當(dāng)環(huán)境照度高于400勒克斯時，LED處于燈滅狀態(tài)，遇特殊情況時，可手按優(yōu)先級更高的按鍵模塊，使環(huán)境照度高于400勒克斯時，LED仍處于燈亮狀態(tài)。圖7.5照度高于400Lx圖7.6未按下按鍵開關(guān)由圖7.5，7.6可知車頭環(huán)境照度大于400勒克斯，車頭燈處于燈滅狀態(tài)。圖7.7照度高于400Lx圖7.8按下按鍵開關(guān)由圖7.7，7.8可知，按下開關(guān)按鈕以后，車頭燈處于燈亮狀態(tài)。7.2結(jié)果分析光敏電阻的阻值大小與環(huán)境照度成反比，改變光敏電阻的進(jìn)光量，光敏電阻的阻值隨之變化，電壓值隨之變化，PCF8591采集光敏電阻電壓值，在其輸入引腳端A1N1輸入電壓，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，在輸出引腳端得到數(shù)字量。AT89C51得到數(shù)字量后，會比較數(shù)字量是否超過臨界值400Lx，如果照度大于400Lx，則LDE燈滅，如果照度小于400Lx，則LED燈亮。如果遇到緊急情況，手動按下按鍵開關(guān)時，可在照度大于400Lx時仍使LED處于燈亮狀態(tài)。8總結(jié)與展望8.1總結(jié)本文提出和設(shè)計了一種基于AT89C51單片機的地鐵智能照明控制系統(tǒng)，以AT89C51單片機作為控制芯片，外設(shè)分別搭建了低功耗的PCF8591芯片、LCD1602顯示屏、按鍵電路等模塊。系統(tǒng)運用相關(guān)算法比較PCF8591所采集的數(shù)字信號是否小于標(biāo)準(zhǔn)值400來實現(xiàn)LED的智能控制，并將其數(shù)值顯示到液晶屏上，可以得出結(jié)論，以上設(shè)備的性能通過實際的實驗結(jié)果測試并且具有功耗低、可靠性高、響應(yīng)速度快、實用性較強的優(yōu)點。8.2展望本文設(shè)計的地鐵智能照明控制系統(tǒng)雖然實現(xiàn)照明的智能化控制，提高乘車舒適性，提高能源利用率，節(jié)約成本。但是隨著人們的需求增加，面對日益緊張的資源困境，所帶來的體驗仍不能滿足以后的人們眾多的需求和期望，資源困境依然不能解決。隨著計算機、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴頻電力載波通訊技術(shù)、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)的成熟，相信智能照明可達(dá)到更加安全、節(jié)能、舒適、高效的程度。8.3經(jīng)濟(jì)學(xué)分析與價值評價本文設(shè)計的地鐵智能照明控制系統(tǒng)以可靠性高、價格較為便宜、硬件設(shè)計方便的AT89C51作為主控制模塊，具有很好的經(jīng)濟(jì)性；并且其中的PCF8591芯片也因為其實用性強和經(jīng)濟(jì)性好而廣泛應(yīng)用于各種場合；LCD1602顯示屏在滿足功能的要求的同時也盡最大可能性滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，做到在乘客能看清楚的前提下，只顯示車廂號、照度值等重要信息，縮小顯示屏的大小，盡可能的減少成本；而燈具也使用了發(fā)光性強、價格低廉的LED燈。參考文獻(xiàn)[1]姚輝.地鐵智能照明系統(tǒng)的能耗分析及節(jié)能優(yōu)化策略[J].電工技術(shù),2022（24）：235-237.DOI：10.19768/ki.dgjs.2022.24.072.[2]楊彩玲.地鐵機電設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能智能化應(yīng)用探析[J].福建建筑,2022（07）：109-113.[3]李家旭,李小亞,劉海浪,詹浩杰,韋晶.地鐵直流智能照明系統(tǒng)的調(diào)光應(yīng)用分析[J].照明工程學(xué)報,2022,33（02）：76-83.[4]孫二杰.智能照明系統(tǒng)在濟(jì)南地鐵1號線的應(yīng)用[J].光源與照明,2022（03）：49-51.[5]涂志飛.地鐵車站的智能照明系統(tǒng)設(shè)計[J].集成電路應(yīng)用,2022,39（03）：294-296.DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2022.03.134.[6]孫冬云.地鐵智能照明系統(tǒng)現(xiàn)存問題與優(yōu)化措施[J].光源與照明,2022（02）：98-100.[7]羅艷艷.地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計簡析[J].智能建筑電氣技術(shù),2020,14（03）：71-73.DOI：10.13857/11-5589/tu.2020.03.022.[8]徐偉棠.地鐵智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計研究[D].廣東工業(yè)大學(xué),2019.DOI：10.27029/ki.ggdgu.2019.001530.[9]曾照聿.地鐵車輛車內(nèi)智能照明系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].華東交通大學(xué),2018.[10]王志強.地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計[J].城市軌道交通研究,2013,16（06）：124-127.DOI：10.16037/j.1007-869x.2013.06.035.附錄1附錄2代碼#include"lcd1602.h"#include"sys.h"#include"key.h"#include"iic.h"sbitled1=P1^0;sbitled2=P1^1;sbitled3=P1^2;sbitled4=P1^3;sbitbuzzer=P2^5;unsignedintkeyValue=0;bitadcFlag=0,keyFlag=0,led1Flag=0,led2Flag=0,led3Flag=0,led4Flag=0;unsignedintadc0Value=1000,